硼為何是對付核事故的第一殺手锏?

在前蘇聯(lián)的嚴(yán)重核電站爆炸事故中,搶險的一個最關(guān)鍵的動作,就是對爆炸的反應(yīng)堆空投大量的硼砂,同時為了防止堆芯嚴(yán)重熔毀后最終燒穿耐壓殼進入底層深處嚴(yán)重污染大面積的地下水,另外一個搶險大方向,就是在反應(yīng)堆的地下,冒險臨時開鑿地洞,地洞里面也搬運充滿大量的硼砂,可以說一邊用上層完全掩埋,一邊用底下大量堆砌硼砂的辦法。來防止已經(jīng)熔毀的堆芯造成更嚴(yán)重的破壞。這里面搶險的殺手锏物質(zhì),都是硼砂。硼在漢字中是一個石子旁,一般和碳一樣,作為非金屬元素的特別標(biāo)注。不過硼的物理化學(xué)特征比較特殊,其很多性質(zhì)介于金屬和非金屬之間。與之類似的還有硅鍺砷等“半導(dǎo)體”元素。因此硼硅鍺砷合稱“近金屬元素”。硼一共有13種同位素。最常見的是硼10和硼11。

自然界中,硼10占據(jù)20%,而硼11占據(jù)80%。硼10的原子核有5個中子和5個質(zhì)子。要知道在原子核物理上,如果一個原子核的中子和質(zhì)子都是5個,那么在天然結(jié)構(gòu)上是不穩(wěn)定的。因此硼10的原子核很容易吸收一個中子,本身變成鋰離子;并且發(fā)射出一個α粒子和伽馬射線。因為大部分核裂變反應(yīng)都必須有持續(xù)的中子產(chǎn)生才能維持下去。如果反應(yīng)堆內(nèi)部已經(jīng)持續(xù)反應(yīng)的核燃料要想停止反應(yīng),也就是給反應(yīng)堆急剎車,那么硼就是不錯的“剎車材料”,當(dāng)然可以做剎車材料的其他物質(zhì)還有一些,但是價格便宜,而且吸收中子效率特強。可以大批量緊急應(yīng)用的,幾乎沒有比硼10更廉價的材料。因此硼10可以和鋼材制作成硼鋼棒,插入反應(yīng)堆的核心,作為調(diào)節(jié)反應(yīng)堆反應(yīng)程度的調(diào)節(jié)棒。而當(dāng)反應(yīng)堆的燃料消耗2到3年,

反應(yīng)效率下降,需要正常換料的時候,需要把乏燃料棒取出,用于冷卻和停止反應(yīng)的冷卻水,里面也大量的加入硼砂,也是為了更好吸收多余的中子。加入大量硼砂的冷卻輕水會呈現(xiàn)特別藍的顏色 。而當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重核事故,造成堆芯直接泄漏等極端情況時,大量的硼砂也是挽回事故影響的緊急封閉物質(zhì)。已經(jīng)熔毀的堆芯,遇到大量硼砂會減慢反應(yīng),直到逐步冷卻停止反應(yīng)。硼的來源非常奇特。恒星內(nèi)部的核反應(yīng)幾乎不產(chǎn)生硼,而被認(rèn)為是超新星爆炸等沖擊才偶然產(chǎn)生,因此硼的宇宙中含量極低。但是比較奇怪的是,地球表面并不缺硼。硼在生命產(chǎn)生過程中也極端重要。沒有硼的參與,生命體中的核糖核酸就很難穩(wěn)定。因此硼也是人體必需的微量元素之一。不過要特別注意,硼元素本身無毒,但是常見的含硼的硼砂礦卻對人體有積累性的毒性。因此非專業(yè)人士盡量要少接觸。

現(xiàn)在有些兒童玩具膠里面含有一定的硼砂成分,一旦入口將引發(fā)中毒,這是家長需要特別注意的。瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為,硼除了用在核工業(yè)上,在陶瓷玻璃冶金上也應(yīng)用廣泛。碳化硼相對結(jié)構(gòu)輕而且硬度極高。因此碳化硼材料可以作為防彈衣的插板或者裝甲車輛和武裝直升機上的防彈非金屬裝甲。